발전소 보일러의 핵심 압력 지지 부품 소재로서 성능P92 고압 보일러 강관초초임계압 유닛의 안전한 작동과 에너지 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 새로운 유형의 마르텐사이트 내열강은 조성 최적화와 공정 혁신을 통해 고온 강도, 크리프 저항성, 용접성에서 획기적인 발전을 이루었으며, 이제 전 세계적으로 600℃ 이상의 증기 조건을 가진 유닛의 핵심 소재로 자리 잡았습니다.
첫째, P92 고압 보일러 강관의 재료적 특성과 기술혁신에 대하여 설명한다.
P92 강은 P91에 텅스텐을 1.7% 첨가하고 몰리브덴 함량을 줄인 개량 강종입니다. Cr: 8.5-9.5%, W: 1.5-2.0%, Mo: 0.3-0.6%의 화학 조성을 가지며, 고용 강화와 석출 강화의 시너지 효과를 통해 기존 강종 대비 크리프 강도가 30% 이상 향상되었습니다. 미세조직 측면에서, 이 소재는 제어 압연 및 냉각 공정을 통해 라스 마르텐사이트 기지를 형성합니다. MX형 탄질화물과 라베스상이 분산 분포되어 있어 650℃에서도 100,000시간 동안 ≥100 MPa의 크리프 강도를 유지합니다. 특히 주목할 만한 점은 열팽창 계수(12.5×10⁻⁶/℃)와 열전도도(26 W/m·K)가 훌륭하게 일치하여 장치의 시동 및 정지 시 발생하는 열 응력 문제를 효과적으로 완화한다는 점입니다.
둘째, P92 고압 보일러 강관 생산 공정의 중요한 혁신이 이루어졌습니다.
1. EF+LF+VD 삼중용융기술을 적용하여 가스함량을 [H]≤1.5ppm, [O]≤20ppm으로 제어합니다.
2. 3롤 연속 압연기와 함께 방사형 단조 밀을 사용하여 ±5%의 벽 두께 허용 오차로 정밀 성형을 달성합니다.
3. 노멀라이징(1080℃±10℃) + 템퍼링(760℃±15℃)의 이중 열처리 공정을 적용하였습니다.
4. 자동 초음파 결함 탐지 및 와전류 검사를 통해 결함 탐지율 ≥99.5%를 보장합니다.
장시성 시험센터 자료에 따르면, 국내산 P92 튜브의 620℃/29.4MPa 조건에서 파괴 수명은 187,000시간에 달하며, 이는 ASME 표준 요건을 40% 초과하는 수치입니다. 시범 발전소에서 6년간 운전 추적을 실시한 결과, 연간 크리프율은 0.12%/kh에 불과하여 설계 허용치를 크게 밑돌았습니다.
셋째, P92 고압 보일러 강관의 전형적인 엔지니어링 적용 사례입니다.
광둥성에서 1000MW 초초임계 장치를 건설할 때 P92 강관은 주요 증기 파이프라인에 사용되었을 때 상당한 이점을 보여주었습니다(설계 매개변수 31MPa/605℃):
- 벽 두께가 52mm로 감소(P91 솔루션 대비 18% 무게 감소)
- 용접 후 열처리 창이 740~780℃로 확대됨
- 현장 설치 시 용접 1차 수율 98.6%로 증가
운영 모니터링 데이터에 따르면 해당 장치의 열 효율은 45.8%에 도달했으며, 이는 아임계 장치에 비해 7.3% 포인트 증가한 수치로, 연간 약 12만 톤의 CO₂ 배출량을 줄이는 데 도움이 됩니다.
넷째, P92 고압 보일러 강관 용접 기술의 획기적인 발전입니다.
P92강의 용접 난점을 해결하기 위해 국내에서 개발한 특수 용접 재료(예: CHH727 용접봉)를 다층, 다중 패스 용접 공정에 적용하여 접합 인성을 72J(-20℃)로 향상시켰습니다. 주요 프로젝트에서는 다음과 같은 방법을 채택했습니다.
1. 예열온도 150~200℃
2. 층간 온도 제어 ≤300℃
3. 250℃에서 2시간 동안 용접 후 수소 제거 처리
4. 760℃에서 4시간 동안 용접 후 열처리를 수행했습니다. 그 결과, 용접부의 강도 계수는 0.92였고, 열영향부 경도는 250 HV10 이하로 관리되었습니다. 또한, 난징 이공대학교에서 개발한 레이저-아크 하이브리드 용접 기술을 통해 용접 효율을 40% 향상시키고 변형을 60% 감소시켰습니다.
다섯째, P92 고압보일러 강관에 대한 품질관리체계를 구축한다.
업계에서는 원자재부터 서비스까지 전체 주기에 걸친 품질 모니터링 네트워크를 구축했습니다.
- 원자재 : Nb/Ti 미세합금화 정밀 제어(±0.01%) 구현
- 제조 : 적외선 열화상 카메라를 사용하여 열처리 온도 영역을 실시간으로 모니터링
- 검사 : 위상배열 초음파 검사 도입으로 0.5mm 상당 결함 식별
- 빅데이터 플랫폼 : 전국 56개 발전소의 3만2000여개 운영데이터 통합
여섯째, P92 고압보일러 강관의 비용편익분석.
P92 소재의 초기 비용은 기존 강철 등급보다 20~30% 더 높지만 수명 주기 비용 측면에서는 상당한 이점이 있습니다.
1. 설계 압력이 증가하면 벽 두께가 줄어들어 재료 사용량이 15~20% 감소합니다.
2. 유지보수 주기가 8년으로 연장되었습니다(기존 소재의 경우 5년).
3. 교체 빈도 감소로 가동 중단으로 인한 손실이 인스턴스당 약 1,200만 위안(약 1,200만 달러) 감소합니다. 한 발전소의 경제성 계산에 따르면 P92 파이프를 사용하는 유닛은 10년간의 운영 기간 동안 종합 수익이 2억 3천만 위안(약 2,300억 원) 증가했습니다.
VII. P92 고압 보일러 강관의 향후 개발 동향
700℃ 초초임계 기술 연구 개발의 진전에 따라 P92강의 개선 방향은 다음과 같습니다.
1. 입계강도를 향상시키기 위해 0.003% B 첨가
2. 나노스케일 Y₂O₃ 분산 강화 기술 개발
3. 불규칙한 모양의 파이프 피팅에 대한 적층 제조 적용 탐색
상하이 재료 연구소의 예비 연구 데이터에 따르면, 650℃에서 변형된 P92의 응력 파괴 시간은 기존 재료의 2.3배에 달할 수 있는 것으로 나타났습니다.
현재 우리나라의 P92 고압 보일러 강관 연간 생산 능력은 8만 톤을 돌파했으며, 제품은 동남아시아, 중동 등 20여 개국에 수출되고 있습니다. "이중 탄소"라는 목표를 바탕으로, 이 고성능 소재는 청정 석탄 발전 기술 고도화에 핵심적인 지원을 제공할 것이며, 기술 발전 과정에서 차세대 니켈 기반 합금 응용 분야에도 귀중한 경험을 축적했습니다. 업계 전문가들은 2030년까지 P92 소재에 대한 글로벌 시장 수요가 연평균 6.5%의 성장률을 유지할 것으로 예측하며, 완벽한 산업 체인을 갖춘 중국 제조업이 시장 점유율 40% 이상을 차지할 것으로 예상합니다.
게시 시간: 2025년 11월 11일